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科研成果
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科研成果
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中国科学院上海天文台是主要从事天文学基础和应用研究的科研机构。自中科院实施知识创新工程以来,天文台以国家中长期科学和技术发展规划方针和原则为指导,树立“以人为本、创新跨越、竞争合作、持续发展”的科技发展观,紧密结合天文台的实际情况和国际天文学的发展趋势,坚持面向世界科学前沿,面向国家战略需求,凝练学科目标,调整组织体制,改革管理机制,统筹人才和资源,加强创新文化建设,实现科技创新能力和创新水平的跨越发展,为我国天文学发展和国民经济及国防建设作出了贡献。
 一、面向世界科学前沿 勇攀世界科学高峰
   上海天文台面向世界科学前沿领域主要集中在两个方面,即天文地球动力学和星系宇宙学。
   在天文地球动力学研究方面,天文台具有很好的基础,其发展目标就是成为集多种高精度现代空间测量技术、综合数据分析能力和高水平动力学研究于一体的国际一流水平的天文地球动力学研究中心。在星系宇宙学研究方面,天文台立足国际天体物理学研究的主流,重要从事星系宇宙学的研究,主要开展星团和星系的结构和演化研究,宇宙大尺度结构的数值模拟和宇宙学的研究,以及利用天文观测资料对暗物质和暗能量物理特征的研究。
(一)中国现代地壳运动和地球动力学研究取得重要成果
   10年来,叶叔华院士负责的 “现代地壳运动和地球动力学研究”项目,集中了中国科学院、中国地震局、国家测绘局和总参测绘局四大部委的100余名科学家,把各自的研究资源、历年观测数据和外业成果,统一协调进行跨学科的合作研究,已经在中国大陆地壳运动的监测与研究、精密地球参考系的建立和维持、地球自转变化、青藏高原动力学、我国重力场和海平面变化、自然灾害预报等方面取得了许多具有国际先进水平的重要成果,为我国可持续发展的环境和灾害等领域提供了有价值的理论和基础资源。该项目不仅促进了国家重大科学工程“中国地壳运动观测网络”和国家重点基础研究发展规划《大陆强震机理与预报》项目的建立,推动了“亚太空间地球动力学(APSG)”国际协作计划的建立,也带动了许多受国家基金委和其他部委支持的研究项目。
(二)积极开展与自然灾害有关的天文现象与天文方法的研究,为国家减灾防灾提供信息
   上海天文台在国际上首先提出了对厄尔尼诺事件预测的天文学方法,并最先成功地预测到引起全球自然灾害频发的1991年厄尔尼诺事件(此成果已在Nature上发表)。后来又成功预测了1993年、1994~1995年、1997年及2001年底前后出现的厄尔尼诺事件。在国际上首先提出西太平洋暖池对非大气影响的日长年际变化的平均贡献约为10%,并提出在厄尔尼诺事件期间,该暖池运动可使一天延长几微秒。
(三)在国际上率先从理论上解决了国外学者长期未能解决的在广义相对论框架下的卫星精密定轨的难题
   该研究结果已成为 IERS空间测地资料归算规范之一。在国内率先完成了卫星激光测距技术测定地球自转参数的研究和航天部的登月探测器轨道设计方法研究的工作。建立和维持地球和天球参考系,积极开拓和发展有关观测技术,在深空探测、近地小天体(人造卫星和空间碎片)监测、导航定位等方面发挥积极作用,为国家经济发展、国防建设、深空探测和战略资源储备作出贡献。
(四)“宇宙结构形成的数值模拟研究”获重要成果
   景益鹏研究员主持的“宇宙结构形成的数值模拟研究”课题,采用计算机模拟方法研究宇宙结构的形成,首次发现了小质量暗晕的成团性比PS理论的预言要强得多,并提出了暗晕成团的精确公式,被广泛用于预言星系和暗物质的成团性质,该工作也引发了许多修改PS理论的研究;首次提出了暗晕密集因子的对数正则分布公式,并被广泛用于预言星系的观测性质;发现暗晕的内部密度轮廓的幂指数在-1.1和-1.5之间,该工作已成为高精度研究暗晕结构的最有影响的三个工作之一;首次提出了描述暗晕内部物质分布的三轴椭球密度分布模型;最早提出了构造星系相关函数和速度弥散的星系团低权重模型,并已发展为目前流行的暗晕星系占有模型。该项目继2004年获上海市科技进步一等奖后,2005年获国家自然科学二等奖。为此,路甬祥院长特发来贺信表示祝贺。这是上海天文台第二次获得国家自然科学二等奖。
(五)发现银河系中心存在超大质量黑洞最令人信服的证据
   沈志强研究员领导的一个国际天文研究小组,通过对位于银河系中心被称为人马座A*(Sgr A*)的神秘射电发射源的高空间分辨率观测,发现了支持“太阳系所在的银河系的中心存在超大质量黑洞”观点的迄今为止最令人信服的证据。该研究成果刊登在2005年11月3日出版的国际知名学术期刊Nature上,迅即在国内外引起重大反响,一些国际和国内的科技媒体都在第一时间内报道了这项研究工作,Nature在同期的栏目内还配发了专题评述。为表彰这一突破性的发现,路甬祥院长专门发来贺信,基础研究局将其列为院重要科研成果。
(六)首次高精度测得银河系英仙臂的距离
   徐烨博士与南京大学天文系、美国哈佛-斯密松宁天体物理中心和德国马普射电天文研究所专家合作,使用世界上先进的甚长基线干涉仪,将太阳和地球的距离作为基线,采用三角视差的方法,首次高精度测得银河系英仙臂的距离,测量的相对精度为2%,这是有史以来天文学中该类距离测量精度最高的。该论文在2006年1月6日出版的Science杂志上正式发表,杂志还采用该研究成果作为封面。
(七)主持“973”计划“宇宙大尺度结构和星系形成与演化”研究项目
   该项目在多学科交叉的基础上,以研究宇宙大尺度结构为主线,研究宇宙大尺度结构形成与演化和银河系结构与演化两大密切相关的关键性科学问题。研究队伍汇集了该研究领域的国内精英人才,由来自上海天文台、国家天文台、紫金山天文台、中科院高能物理研究所、中国科技大学、北京大学、南京大学、北京师范大学共8家单位的64位研究人员组成。
 二、面向国家战略需求 承担国家重大项目
   上海天文台通过在基础研究方面打下的良好基础和长期的积累,充分发挥在时间频率和精密确定空间飞行器轨道方面的优势,整合各方面的资源,积极参与国家重大工程,提供科学与技术支持。目前正在承担我国探月工程、深空探测、精密定轨、卫星激光测距和导航定位系统等方面的重大任务。
 (一)VLBI测轨分系统在月球探测工程中作出突出贡献
   我国的月球探测工程是一项国家战略性科技工程,其中测控系统的性能直接关系到能否将探月卫星送入月球轨道。经过反复论证,专家认为中科院的甚长基线干涉(VLBI)天文测量系统有能力对绕月卫星进行精密测角。因此,月球探测工程采用“USB+VLBI”的高精度测距测速和测角的综合系统对探月卫星进行测控。
   上海天文台作为VLBI测轨分系统研制责任单位,负责VLBI测轨分系统的系统论证、总体设计、项目实施、关键设备研制、组织进行对人造卫星和航天器的VLBI观测试验,以及任务期间的测轨工作。VLBI测轨分系统由国内4个基本VLBI观测站(上海测站、乌鲁木齐测站、北京站和昆明站)和上海VLBI数据处理系统组成,受上海VLBI中心(位于上海天文台)指挥调度。针对我国重大月球探测工程中卫星实时、高精测量、高可靠性调相变轨技术难题,上海天文台对天文的甚长基线干涉测量(VLBI)系统进行了关键技术创新与集成,取得了突破性成果,完全满足“嫦娥一号”卫星月球探测快速飞行和多次变轨的要求,圆满地完成了卫星关键阶段的测轨任务,为将卫星准确送入环月轨道作出了重要贡献。并在此后的一年多时间内为“嫦娥一号”卫星做绕月飞行进行精密定轨。该成果将应用到我国探月二、三期工程,中俄联合火星探测“萤火一号”探测器的VLBI测轨任务和我国后续的深空探测任务中,具有重大的经济和社会效益。鉴于上海天文台主持的VLBI测轨分系统在绕月探测工程中作出的突出贡献,被全国总工会授予“全国五一劳动奖状”称号。
(二)贯彻科教兴市主战略,为上海城市发展和社会进步作出贡献
   上海天文台充分利用现有天文观测设备和相关技术,瞄准国家战略需求,瞄准上海市中长期技术创新的主要任务,围绕国家在建的重大专项,通过与上海市科委共建上海市空间导航与定位技术重点实验室,建立空间导航与定位天文测轨平台,开展空间飞行器精密定轨关键技术研究及其应用,为在建的国家重大专项及后续建设提供技术支持和储备,使上海在空间导航和定位技术领域的研究处于世界前沿水平,满足上海市卫星导航技术应用和社会经济发展的需求。先后承担了国家科技重大专项研究项目、参与海洋二号卫星的有关工作、国家重大科技计划“863”项目、中科院重要方向项目、国家自然科学基金项目等,并产生了一批重要成果。目前实验室在精密测轨技术、空间飞行器精密定轨关键技术等领域的研究水平达到国内领先。
 (三)实施院市重大合作项目,建造65米射电望远镜
   拟建的上海65米口径射电天文望远镜将是一台国内领先、亚洲最大、国际先进、总体性能在国际上名列前4名的射电望远镜,将大大提高中国VLBI网的测量能力。它的建成不仅可以很好地执行探月二期和三期工程的VLBI测定轨和定位,以及今后我国各项深空探测任务,还可以在天文学研究中发挥重要作用,进一步提升我国基础研究的实力。在上海市主要领导,以及上海市科委和松江区的大力支持下,该项目正在有序开展,将在2012年完成工程建设,参加探月探测的天文观测等工作。
 (四)研制生产氢原子钟,满足国家需求
   上海天文台从上世纪70年代开始从事氢原子钟研究,是国内唯一的氢原子钟研制生产并实际使用单位,氢原子钟是我国唯一的产品化、实用型的氢钟。长期稳定度(天)可达2×10-15 ,相当于30万年误差小于1秒。目前上海天文台已生产了80多台氢钟,广泛应用于国防和科研领域,打破了国际对我国禁运的困难,为国家科学研究和战略需求作出了重要贡献。目前上海天文台生产的氢钟,其稳定性、可靠性和精度都有明显提高。
 (五)建设上海地区GPS综合应用网
   由上海市人民政府投资,上海天文台负责建设的上海地区GPS综合应用网,由覆盖长江三角洲地区的14个GPS基准站组成,2003年12月完全投入实时业务运行。目前已在长江三角洲区入梅等季节转换的诊断和上海地区暴雨监测预报的研究、上海城市大地测量控制、精密工程测量控制、上海地区地壳运动和地面沉降的监测中发挥了较为明显的作用。基于该网已在上海市建成了由61个基准点组成的上海市GPS大地测量控制网(点位的相对精度达1厘米),38个基准点组成的上海市地面沉降监测网,专家验收认为达到了当今国际先进水平。
三、加强人才队伍建设 提高核心竞争能力
   人才资源是第一资源,加强人才队伍建设,是上海天文台生存、发展的关键。近10多年来,天文台围绕中科院创新工程提出的人才队伍建设目标,深化人事制度改革,重视优秀人才的引进和青年人才的培养,并把这项工作看成是单位各项事业后继有人、发展有望、竞争有力的根本保证。在这些人才中,包括中科院“百人计划”入选者10人,国家杰出青年基金获得者5人,全国“百千万人才工程”国家级人选2人,上海市科技精英2名,获得国家“政府特殊津贴”6人,中国青年科技奖1人等优秀人才。在15位管理和研究部门的中层干部中,以中青年为主,有13人为研究生以上学历。现在天文台的科研骨干队伍比较稳定,一批年富力强、德才兼备的“三高”人才(有较高政治素质、有较高学历层次、有较高学术水平)崭露头角,他们都在各自领衔的学科领域发挥着重要的作用,极大地提高了单位的核心竞争能力。
(一)加强领导,为人才队伍建设提供组织保证
  一是领导重视。全台成立了由党政主要领导任正副组长的人才工作领导小组,围绕单位学科发展的战略需求和队伍建设目标,坚持人才引进与培养并举,以引进领衔人才为重点,培养人才为基础的人才布局与结构。二是统筹规划。在单位中长期发展规划和创新三期方案中,研究制定了人才培养、引进、使用的规划和措施,明确了人才工作的目标和任务,使人才工作步入了正常化、规范化和制度化的轨道。三是集中力量。充分发挥党群组织、人事教育和学术委员会的作用,调动各方面的积极性,全台上下统一思想,广泛推动人才资源开发,初步形成了党政主要领导亲自抓,分管领导具体抓,有关部门各司其职、密切配合的人才工作格局。
(二)做好“三个留人”工作,为稳定人才提供政策保证
   一是事业留人。建立创新人才专项基金,充分利用中科院“百人计划”政策,依托主持的国家重大科研任务和项目,为优秀青年人才搭建公平竞争施展才能的舞台,创造发展事业的机会。解放思想,树立“不为我所有,但为我所用”的人才观念,对急需的少部分国内外优秀人才,采取灵活政策吸引其为单位学科发展所用。二是感情留人。党政领导班子高度重视与青年人才的思想交流,通过多种途径,与青年人才交朋友,创造条件切实解决各类人才在工作和生活上面临的问题。根据学科发展需要,发掘拟引进的台外优秀人才,并与其建立“一对一”的个人感情联络方式,招聘台外优秀人才。三是待遇留人。对国外访问学者实施工作津贴制度,对青年科技骨干实行住房激励性补贴制度。
(三)创造良好环境,营造尊重人才的文化氛围
   一是充分信任、大胆使用,营造良好的政治环境。重视对高层次人才的使用,充分发挥他们在科学决策、民主决策和参政议政中的作用,对德才兼备的优秀人才委以重用,通过招聘或选拔进入处、室和学科组的领导岗位,充分发挥他们的行政和学术管理作用。二是增加投入、改善条件,营造良好的工作生活环境。三是依法治台、以德兴台,营造良好的文化环境。通过开展科技工作者道德教育活动,优化科技人文环境,按照“精勤司天、诚信修文”的上海天文台精神,处理好科学目标与国家目标、献身科学与激励政策、团结协作与自由探索等关系,营造科学民主、勇于创新、协同攻坚的文化氛围。
 四、加强国际合作 提升研究水平
   上海天文台长期以来有很好的国际合作传统,同美国、德国、英国、荷兰、意大利、法国、日本、俄罗斯、加拿大、比利时、阿根廷、乌克兰等国的研究机构签有合作协议,在天文地球动力学和星系宇宙学研究领域开展多形式的密切合作。目前在上海天文台工作的海外学者中,有4位荣获“中科院海外杰出学者基金”或“国家海外青年学者合作研究基金”资助。客座研究员、高访学者和博士后人数逐年增加,带动创新工程重点学科的发展,形成了具有国际竞争力的集群优势。
(一)亚太地区天文地球动力学计划(APSG)
   APSG是叶叔华院士倡导并组织的亚太地区空间地球动力学国际合作研究计划,其主要目标是联合亚太地区有关科研机构的力量,利用空间技术合作研究该地区的地球动力学现象,包括板块运动、地壳形变和海平面变化等,为预测自然灾害、保护人类生存环境作出贡献。其主要研究内容是:用空间技术监测欧亚、太平洋、印澳、菲律宾和北美等板块间的相对运动;研究西太平洋边缘地区之岛弧—海沟构造体系、青藏高原和东南亚造山带的地壳运动演化规律以及动力学机制;利用空间技术(包括卫星测高技术)与验潮方法对亚太地区海平面变化进行监测,并对海平面变化规律及其起因进行研究,进而对全球洋面起伏及其机制开展研究;研究地球各圈层的物质运动与地球在空间的整体运动之间相互关系以及该地区大尺度自然灾害与地球运动变化的关系。1997年至今,上海天文台已经协调组织了共7站的近20期VLBI实验,监测亚太地区的地壳运动,其成果处于国际先进水平。
(二)与德国马普协会共建中德马普青年伙伴小组
   “马普小组”这种国际合作形式是上海天文台非常成功的国际合作。2000年6月,以宇宙学研究为科学目标的中德马普青年伙伴小组成立,由国外引进的优秀青年人才景益鹏博士担任小组负责人,并取得中科院“百人计划”的立项支持。该团组在景益鹏研究员的带领下,在暗物质晕的内部结构和星系形成的研究方面取得显著成绩,并得到了国际学术界的普遍承认和肯定。据国际权威论文检索机构THOMSON-ISI的统计,在暗物质和暗能量研究领域,上海天文台马普小组负责人景益鹏研究员平均每篇论文的引用次数排世界第5位,论文总引用次数排世界第17位。鉴于该项目取得的优异成绩,2006年8月又启动了一个新的伙伴小组,中方由上海天文台的青年科学家杨小虎主持。
(三)加强与国际VLBI网的合作
   上海天文台开展VLBI技术相关研究30多年,建立有VLBI实验室和VLBI观测基地,经过多年的技术积累,在国际上同发达国家一起,发展了VLBI新技术和研制VLBI设备。上海天文台作为中国VLBI网的总部,负责VLBI技术发展和中国VLBI网的观测运行。上海VLBI站积极参加国际联测,在国际VLBI研究领域发挥重要的作用,是国际上非常重要的VLBI台站。上海天文台VLBI台站还参加了欧洲VLBI联合研究所(JIVE)负责的“VLBI跟踪惠更斯探测器”项目,上海25米射电望远镜对惠更斯整个降落过程进行了成功的观测。佘山25米射电望远镜还承担了中欧合作地球空间双星计划的数据接收任务。此外,还共同参加国际VLBI网的天文观测研究。上海天文台VLBI站是欧洲VLBI网(EVN)、国际测地/天体测量学VLBI服务(IVS)和东亚VLBI网的正式成员,与EVN和IVS合作进行国际联测。
五、坚持创新跨越 实现持续发展
   胡锦涛总书记在党的十七大报告中指出,“提高自主创新能力,建设创新型国家”是“国家发展战略的核心,是提高综合国力的关键”。上海天文台将紧紧围绕单位学科布局调整和参与中科院创新基地建设,加强领导班子建设,合理配置人力资源,全面提高自主创新能力,通过深化改革和体制机制创新,建设一支能够在事关天文地球动力学、星系宇宙学的学科发展,以及在国家安全方面涉及天文高技术发展的重大课题上,不断作出重大自主创新成果,代表国家最高水平并在国际科技界具有重要影响的一流创新人才队伍。
   在面向世界科学前沿方面,上海天文台要建成与世界著名同类研究所水平相当的集多种高精度现代空间测量技术、综合数据分析能力和高水平动力学研究于一体的“天文地球动力学”研究中心;建成一个具有国际一流竞争力的“星系宇宙学”研究中心;使上海天文台在交叉学科和重大科学前沿研究方面取得新的突破。
   在面向国家战略需求方面,上海天文台要高质量完成国家重大工程和科研任务。建成中国VLBI网和中国SLR技术和应用中心,建立我国深空探测和空间导航及定位基地;实现地面氢原子钟产品系列化,占领国内应用市场,同时完成氢原子钟小型化的研制;以空间飞行器的测轨和定轨为核心,发展空间及地面高精度、高时空分辨率天文测量技术;形成空间导航定位、深空探测、时间频率精密确定的核心技术研发及应用基地,为国家重大战略需求作出贡献。
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